具有大开孔压力容器结构有限元分析及设计系统开发

发布时间：2017-11-02 12:07

  本文关键词：具有大开孔压力容器结构有限元分析及设计系统开发

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【摘要】：压力容器是多种行业中广泛使用的承压设备，为了满足工艺和结构上的需要必须要在容器壁上开孔。容器上开孔后，在开孔边缘周围产生很高的局部应力。如果局部应力超出了材料的强度极限，就会产生破坏。因此必须对开孔边缘部分进行加强，即补强处理。GB150中采用的等面积补强法能够适用的范围有限，随着大直径设备与大接管不断出现，GB150的计算方法已不能适用，因此，急需找到一种适用的大开孔计算方法。 本文使用ANSYS软件对超出GB150规定范围的压力容器大开孔结构进行有限元应力分析，并使用JB4732规定的应力分类评定方法对大开孔结构进行强度校核。同时使用ANSYS软件优化设计工具对筒体、接管壁厚，，补强圈宽度、圈厚度进行优化设计，得到上述参数满足设计条件(材料许用应力)的最小值。找到对压力容器大开孔补强的分析设计起指导作用的一种计算及强度评定方法。 本文的研究内容分为以下几个方面： 1对处于热-应力耦合场之中的压力容器大开孔(无补强和有补强)结构进行有限元应力分析，使用JB4732规定的应力分类评定方法对结果进行线性化处理，得到分类应力结果，并按照标准进行强度校核。 2使用国内外的多种标准(新版GB150-2011，美国机械工程师协会规范(ASME)，俄罗斯联邦国家标准(ГОСТ)等)对有限元分析的模型进行校核计算，并与ANSYS软件有限元应力分析的结果对比验证、得出结论。 3使用ANSYS软件优化设计工具对筒体壁厚、接管壁厚、补强圈宽度、补强圈厚度进行优化设计，得到上述参数在满足设计条件的最小值，也就是最节省材料的方案。 4使用Visual Basic编程语言和ANSYS软件的二次开发功能编制可执行程序，实现人机交互界面输入参数自动计算、输出结果。 本课题的有限元分析结果通过与国内外相关标准进行对比验证，结论证明是正确的，其结果为深入研究大开孔率圆柱壳平齐接管结构应力分析及优化设计起到了推动作用。
【关键词】：压力容器 大开孔补强 有限元分析 应力分类 强度评定 热-应力耦合场 优化设计 软件编制
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.0 课题研究的背景和意义9-10
• 1.1 国内外的研究现状和存在的问题10-11
• 1.1.0 国内的主要标准10
• 1.1.1 国外的主要标准10-11
• 1.1.2 存在的主要问题11
• 1.2 本课题的研究内容、方法和意义11-13
• 1.2.1 本文主要研究内容和方法11-12
• 1.2.2 本课题研究的意义12-13
• 第2章 压力容器设计理论基础13-25
• 2.1 压力容器的设计理论13-15
• 2.1.1 传统设计方法的理论基础13-14
• 2.1.2 分析设计方法的理论基础14
• 2.1.3 传统设计方法与分析设计方法的优缺点对比14-15
• 2.2 压力容器的分析设计方法15-23
• 2.2.1 应力状态15-17
• 2.2.2 应力分类17-19
• 2.2.3 强度理论19-21
• 2.2.4 应力强度评定方法21-23
• 2.2.5 基于 ANSYS 的压力容器应力分析设计23
• 2.3 本章小结23-25
• 第3章 基于 ANSYS 的压力容器大开孔结构有限元分析25-43
• 3.1 有限元分析方法和有限元分析软件25-27
• 3.1.1 有限元分析的基本理论25-26
• 3.1.2 有限元分析方法的特点26
• 3.1.3 ANSYS-有限元分析软件26-27
• 3.2 压力容器大开孔结构有限元应力分析27-42
• 3.2.1 使用 ANSYS 软件对压力容器大开孔结构进行有限元分析27-28
• 3.2.2 使用 ANSYS 软件分析耦合场的基础28
• 3.2.3 使用 ANSYS 软件分析耦合场的步骤28-29
• 3.2.4 点处理法和线处理法29-30
• 3.2.5 无补强条件下压力容器大开孔结构有限元应力分析30-36
• 3.2.6 有补强条件下压力容器大开孔结构有限元应力分析36-41
• 3.2.7 无补强与有补强条件下有限元分析结果对比41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 大开孔有限元模型的验证计算43-57
• 4.1 GB150-2011《压力容器》中压力容器大开孔结构的计算方法43-50
• 4.1.1 GB150-2011 等面积法43-45
• 4.1.2 GB150-2011 等面积法计算结果45-46
• 4.1.3 GB150-2011 分析法46-48
• 4.1.4 GB150-2011 分析法计算结果48-50
• 4.2 ASME 标准对开孔接管及其补强的设计计算50-52
• 4.2.1 ASME 大开孔补强计算方法(ASME 法)50-52
• 4.2.2 ASME 大开孔补强计算方法(ASME 法) 计算结果52
• 4.3 ГОСТ(俄罗斯联邦国家标准) 对开孔补强的设计计算52-55
• 4.3.1 ГОСТ24755 容器开孔的补强计算方法53-55
• 4.3.2 ГОСТ24755 容器开孔的补强计算结果55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 基于 ANSYS 的压力容器大开孔结构优化设计57-65
• 5.1 优化设计的概念57
• 5.2 优化设计的理论57
• 5.3 ANSYS 软件优化设计的步骤和方法57
• 5.4 基于 ANSYS 的压力容器大开孔结构优化设计57-64
• 5.4.1 压力容器大开孔结构优化设计58-61
• 5.4.2 压力容器大开孔结构优化设计结果分析61-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 压力容器大开孔补强设计计算系统开发65-69
• 6.1 设计计算系统基本信息65-66
• 6.2 压力容器大开孔设计计算系统66-68
• 6.3 本章小结68-69
• 第7章 结论与展望69-71
• 7.1 结论69
• 7.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1131466